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Commit 4a8a6c94 authored by Roger Wolf's avatar Roger Wolf
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# Fakultät für Physik
## Physikalisches Praktikum P1 für Studierende der Physik
Versuch P1-40, 41, 42 (Stand: August 2023)
[Raum F1-13](https://labs.physik.kit.edu/img/Praktikum/Lageplan_P1.png)
# Geometrische Optik
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Name: __________________ Vorname: __________________ E-Mail: __________________
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Name: __________________ Vorname: __________________ E-Mail: __________________
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Gruppennummer: _____
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Betreuer: __________________
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Versuch durchgeführt am: __________________
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**Beanstandungen:**
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%\text{\vspace{10cm}}
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Testiert am: __________________ Testat: __________________
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# Durchführung
## Aufgabe 1: Bestimmung der Brennweite $f$ einer einzelnen Linse
**Hinweise zu allen hier durchzuführenden Messungen finden Sie in der Datei [Hinweise-Aufgabe-1.md](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p1-praktikum/students/-/blob/main/Geometrische_Optik/doc/Hinweise-Aufgabe-1.md).**
### Aufgabe 1.1: Bestimmung von $f$
- Bestimmen Sie, mit Hilfe eines Maßstabs und eines Schirms, $f$ für eine dünne Sammellinse, die Sie aus dem Ihnen zur Verfügung stehenden Sortiment auswählen können.
- Fertigen Sie zur Vorbereitung einen Strahlengang (einschließlich Lichtquelle) an und fügen Sie diesen Ihrer Auswertung bei.
- Beantworten Sie in Ihrer Auswertung die folgende Frage:
- Wie ist sicher gestellt, dass die einfallenden Strahlen der Lichtquelle parallel in die Linse einfallen?
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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### Aufgabe 1.2: Bestimmung von $f$ mit Hilfe des [Bessel-Verfahrens](https://de.wikipedia.org/wiki/Bessel-Verfahren)
- Bestimmen Sie $f$ der gleichen Linse mit Hilfe des [Bessel-Verfahrens](https://de.wikipedia.org/wiki/Bessel-Verfahren).
- Beantworten Sie in Ihrer Auswertung die folgenden Fragen:
- Warum muss der Abstsand zwischen Gegenstand $G$ und Schirm $a>4\,f$ sein?
- Wie ändert sich Ihre Messanordnung, wenn Sie $a$ vergrößern?
- Warum ist beim Bessel-Verfahren $B$ einmal kleiner und einmal gößer als $G$?
- Warum kann es von Nachteil sein, wenn Sie das Verhältnis $a:f$ zu groß wählen?
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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### Aufgabe 1.3: Sphärische und chromatisch Abberation
Untersuchen Sie die sphärische und chromatische [Aberration](https://de.wikipedia.org/wiki/Abbildungsfehler) der Linse aus Aufgabe 1.2.
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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## Aufgabe 2: Vermessung eines Zweilinsensystems $L$
**Hinweise zu allen hier durchzuführenden Messungen finden Sie in der Datei [Hinweise-Aufgabe-2.md](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p1-praktikum/students/-/blob/main/Geometrische_Optik/doc/Hinweise-Aufgabe-2.md).**
### Aufgabe 2.1: Bestimmung von $f$, und der Lage der Hauptebenen $H_{1}$ und $H_{2}$
Bestimmen Sie, mit Hilfe des [Abbe-Verfahrens](https://de.wikipedia.org/wiki/Abbe-Verfahren), für einen gegebenen Abstand $d$ der Linsen des im Messingrohr montierten Zweilinsensystems $L$ die Brennweite $f$, sowie die Lage der Hauptebenen $H_{1}$ und $H_{2}$, gemessen von einem Bezugspunkt $X$ auf der optischen Achse von $L$, genau zwischen den beiden Linsen.
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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### Aufgabe 2.2: Bestimmung von $f_{1}$ und $f_{2}$
Wiederholen Sie die Messung aus Aufgabe 2.1 für **mindestens drei weitere** Werte für $d$. Bestimmen Sie aus den ermittelten Werten von $f$ für die verschiedenen Werte von $d$ die Brennweiten $f_{1}$ und $f_{2}$ der einzelnen Linsen.
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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## Aufgabe 3: Aufbau optischer Instrumente
Bauen Sie einige z.T. historische optische Geräte auf der kleinen optischen Bank nach und überprüfen ihre Eigenschaften. Fügen Sie für jedes der Geräte, die Sie aufbauen einen **selbst angefertigten Strahlengang** bei, der im Fall von Aufgabe 2.3 die Lichtquelle beinhalten sollte. Es genügt, wenn Sie *zwei* aus folgenden Teilaufgaben auswählen.
**Hinweise zu allen hier durchzuführenden Messungen finden Sie in der Datei [Hinweise-Aufgabe-3.md](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p1-praktikum/students/-/blob/main/Geometrische_Optik/doc/Hinweise-Aufgabe-3.md).**
### Aufgabe 3.1: [Keplersches (astronomisches) Fernrohr](https://de.wikipedia.org/wiki/Fernrohr#Kepler-Fernrohr)
Bauen Sie ein Keplersches (astronomisches) Fernrohr mit **mindestens 6-facher Vergrößerung** und betrachten Sie damit entfernte Gegenstände. Schätzen Sie auf einfache Weise die Vergrößerung Ihrer Konstruktion ab und vergleichen Sie die Abschätzung mit Ihrer Erwartung.
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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### Aufgabe 3.2: [Galileisches Fernrohr](https://de.wikipedia.org/wiki/Fernrohr#Galilei-Fernrohr)
Bauen Sie ein Galileisches Fernrohr mit gleicher Vergößerung, wie in Aufgabe 3.1 und überprüfen Sie seine Funktion analog zu Aufgabe 3.1.
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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### Aufgabe 3.3: [Projektor](https://de.wikipedia.org/wiki/Projektor)
Bauen Sie einen Projektor, ein $24\times36\,\mathrm{mm}^{2}$-Diapositiv gleichmäßig ausleuchtet und in etwa $1,5\,\mathrm{m}$ Entfernung eine etwa **10-fache Vergrößerung** aufweist. Projizieren Sie Diapositive und vergleichen Sie das Ergebnis mit Ihrer Erwartung.
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**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
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### Aufgabe 3.4: [Mikroskop](https://de.wikipedia.org/wiki/Mikroskop)
Bauen Sie ein Mikroskop mit **mindestens 20-facher Vergrößerung** und vergleichen Sie die näherungsweise gemessene Vergrößerung mit Ihrer Erwartung. Beantworten Sie die folgende Frage:
- Warum macht es keinen Sinn, bei einem Mikroskop die Vergrößerung durch Einsatz von Linsen mit immer kleineren Brennweiten in der Hoffnung zu steigern, eine immer bessere Auflösung zu erreichen?
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**Lösung:**
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